Modéliser l'impact des oiseaux sur les ailes des avions du futur
L'UE a lancé Clean Sky, le plus ambitieux programme de recherche de son histoire, pour réduire de façon radicale les rejets polluants et le bruit associés au transport aérien. L'un des concepts les plus prometteurs en cours de développement est l'aile à écoulement laminaire naturel (NLF), qui permet de réduire la traînée ainsi que la consommation de carburant et les rejets associés. Sur une aile d'avion, l'écoulement laminaire naturel est obtenu en adoptant une structure de bord d'attaque intégralement en composite, ce qui permet d'obtenir une surface parfaitement lisse, sans éléments d'assemblage tels que des rivets et boulons. Cependant, l'introduction d'une section d'aile en composite et l'absence de becs de bord d'attaque se traduisent par une géométrie qui est en dehors de la plage de validation des modèles numériques et des simulations d'impacts aviaires existants. Le projet BIRDSTRIKE (Investigation of bird strike criteria for natural laminar flow wings), financé par l'UE, a été mis en place pour développer une analyse validée des collisions aviaires, permettant ainsi aux partenaires du programme SFWA (Smart Fixed Wing Aircraft) de simuler l'impact des oiseaux sur le bord d'attaque en polymère renforcé de fibres de carbone (CFRP) d'une aile à écoulement laminaire naturel. Cet objectif a pu être atteint grâce à la mise en place d'un programme combiné de test et d'analyse/simulation destiné à déterminer l'étendue des dégâts et à valider les critères de rupture du matériau composite applicables pour la simulation de collisions aviaires sur les panneaux du bord d'attaque des ailes à écoulement laminaire naturel. Les partenaires du projet ont sélectionné les matériaux et les conceptions pour les composants de test représentatifs des panneaux de bord d'attaque d'ailes à écoulement laminaire naturel. Des panneaux plats rigidifiés ou non ont été fabriqués en utilisant le pré-imprégné époxy HexPly M21E de Hexcel renforcé avec une fibre de carbone intermédiaire HexTow IMA. Des tests expérimentaux de collisions aviaires ont été effectués à la fois sur des panneaux plats rigidifiés et non rigidifiés, après avoir conçu et fabriqué un cadre de support approprié. Des inspections d'essais non destructifs ont d'autre part été réalisées sur les panneaux avant et après les tests d'impact, en utilisant la shearographie par laser. Pour la simulation numérique des collisions aviaires sur les structures composites, les chercheurs ont développé et utilisé une approche par coque stratifiée qui constitue une alternative prometteuse et efficace à l'approche classique des éléments solides et de coque. Ils ont créé des modèles à éléments finis pour simuler des panneaux plats rigidifiés ou non dans les essais de collisions aviaires, comprenant un modèle aviaire et une modélisation du délaminage et des dommages sur les matériaux. Pour valider les modèles de simulation numérique, les chercheurs ont comparé le comportement calculé global des panneaux et des images de caméra à grande vitesse, qui ont été prises pour toutes les simulations. Ils ont déterminé que les déformations obtenues grâce aux analyses par éléments finis étaient en accord avec les images correspondantes prises avec la caméra à grande vitesse. L'introduction d'une section d'aile laminaire sur l'avion et l'absence de becs de bord d'attaque se sont traduites par une géométrie se trouvant hors de la plage de validation des modèles numériques et des simulations de collisions aviaires existants. Cependant, la recherche menée et les outils de simulation numérique développés par BIRDSTRIKE ont comblé ces lacunes dans nos connaissances. Les résultats du projet contribueront ainsi aux objectifs de réduction de consommation de carburant et des émissions grâce à l'utilisation de l'écoulement laminaire naturel dans un concept d'avion court-courrier.
Mots‑clés
Simulation de collision aviaire, tests de collision aviaire, écoulement laminaire naturel, BIRDSTRIKE
